CN114792829A - 一种燃料电池的缺陷检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池的缺陷检测方法和装置，方法包括：获取在第一工况下，目标检测对象的第一开路电压，其中，目标检测对象为一片或多片燃料电池，第一工况为燃料电池处于开路的工况；获取在第二工况下，目标检测对象的第二开路电压，其中，第二工况为阳极侧气压大于第一工况的阳极侧气压，且燃料电池处于开路的工况；根据第一开路电压和第二开路电压，获得当前开路电压差；在当前开路电压差小于开路电压偏差限值时，确定质子交换膜存在针孔缺陷。该缺陷检测方法能够运用在已经搭车的燃料电池上，在不拆分燃料电池的条件下进行缺陷的在线检测，可以判断汽车上的燃料电池在长期使用后老化而形成的针孔缺陷。

Description

一种燃料电池的缺陷检测方法和装置

技术领域

本申请涉及燃料电池质量检测的技术领域，尤其涉及一种燃料电池的缺陷检测方法和装置。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC，Proton exchange membrane fuel cells)是直接将化学能转化为电能的能源动力装置，具有效率高、环境友好、易启动等优点，因此它非常适合作为新能源汽车的动力装置。该种燃料电池利用氢气和空气中氧气(或纯氧)发生电化学反应来产生电能，同时生成水和放出少部分热量。该种燃料电池主要由双极板和膜电极(MEA，Membrane Electrode Assembly)组成。膜电极是由质子交换膜(PEM，protonexchange membrane)，阴阳极催化层、阴阳极气体扩散层组成的五层结构。在阳极催化层中，氢分子分解为质子的同时释放出电子，此半反应为氢氧化反应。质子以水合氢离子(H₃O+)的形式穿过质子交换膜到达阴极。在阴极催化层中，氧气与质子和电子发生反应生成水，此半反应为氧还原反应。汽车上使用多个单电池串联形成电堆，以产生满足实际需求的高电压。

针对燃料电池的核心部件质子交换膜通常需要进行针孔检测，现有的检测方法必须先把燃料电池进行拆分，然后再取出燃料电池的膜电极组件进行单独检测，检测过程费力耗时。

因此，如何在不拆分燃料电池的条件下实现燃料电池的缺陷检测，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的一种燃料电池的缺陷检测方法和装置，能够在不拆分燃料电池的条件下实现燃料电池的缺陷检测。

本发明实施例提供了以下方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种燃料电池的缺陷检测方法，所述方法包括：

获取在第一工况下，目标检测对象的第一开路电压，其中，所述目标检测对象为一片或多片燃料电池，所述第一工况为所述燃料电池处于开路的工况；

获取在第二工况下，所述目标检测对象的第二开路电压，其中，所述第二工况为阳极侧气压大于所述第一工况的阳极侧气压，且所述燃料电池处于开路的工况；

根据所述第一开路电压和所述第二开路电压，获得当前开路电压差；

在所述当前开路电压差小于开路电压偏差限值时，确定所述质子交换膜存在针孔缺陷。

在一种可选的实施例中，所述根据所述第一开路电压和所述第二开路电压，获得当前开路电压差之前，还包括：

判断所述第一开路电压是否小于预设的开路电压阈值；

若是，则确定所述燃料电池存在质量缺陷；

若否，则执行所述根据所述第一开路电压和所述第二开路电压，获得当前开路电压差。

在一种可选的实施例中，所述在所述当前开路电压差小于开路电压偏差限值时，确定所述质子交换膜存在针孔缺陷之前，还包括：

根据所述目标检测对象在所述第一工况和所述第二工况的理论开路电压的差值，获得所述目标检测对象的理论开路电压偏差；

根据所述目标检测对象在所述第二工况中氢气渗透作用下产生的理论电压，获得所述目标检测对象的阴极电压偏差；

根据所述理论开路电压偏差和所述阴极电压偏差的差值，获得所述开路电压偏差限值。

在一种可选的实施例中，所述根据所述目标检测对象在所述第一工况和所述第二工况的理论开路电压的差值，获得所述目标检测对象的理论开路电压偏差，包括：

获取所述第一工况的第一阳极侧气压和第一阴极侧气压；

获取所述第二工况的第二阳极侧气压和第二阴极侧气压；

根据所述第一阳极侧气压、所述第一阴极侧气压、所述第二阳极侧气压、所述第二阴极侧气压和预设的开路电压方程，获得理论开路电压偏差。

在一种可选的实施例中，所述根据所述目标检测对象在所述第二工况中氢气渗透作用下产生的理论电压，获得所述目标检测对象的阴极电压偏差，包括：

根据公式

获得所述阴极电压偏差

其中，R为理想气体常数，α为电荷传递系数，T为所述目标检测对象的进气温度，F为法拉第常数，i为所述目标检测对象的最大渗氢电流密度，i₀为所述目标检测对象的交换电流密度。

在一种可选的实施例中，所述目标检测对象为多片所述燃料电池时，所述在所述当前开路电压差小于开路电压偏差限值时，确定所述质子交换膜存在针孔缺陷之前，还包括：

获取多片所述燃料电池的所述当前开路电压差；

根据多个所述当前开路电压差的标准差，获得当前标准差；

判断所述当前标准差是否大于预设的标准差阈值；

若是，则执行所述在所述当前开路电压差小于开路电压偏差限值时，确定所述质子交换膜存在针孔缺陷。

在一种可选的实施例中，所述标准差阈值为1mV。

第二方面，本发明实施例提供还了一种燃料电池的缺陷检测装置，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取在第一工况下，目标检测对象的第一开路电压，其中，所述目标检测对象为一片或多片燃料电池，所述第一工况为所述燃料电池处于开路的工况；

第二获取模块，用于获取在第二工况下，所述目标检测对象的第二开路电压，其中，所述第二工况为阳极侧气压大于所述第一工况的阳极侧气压，且所述燃料电池处于开路的工况；

第一获得模块，用于根据所述第一开路电压和所述第二开路电压，获得当前开路电压差；

第一确定模块，用于在所述当前开路电压差小于开路电压偏差限值时，确定所述质子交换膜存在针孔缺陷。

在一种可选的实施例中，所述检测装置，还包括：

第一判断模块，用于判断所述第一开路电压是否小于预设的开路电压阈值；

第二确定模块，用于在第一开路电压小于预设的开路电压阈值时，则确定所述燃料电池存在质量缺陷；

第一执行模块，用于在第一开路电压不小于预设的开路电压阈值时，则执行所述根据所述第一开路电压和所述第二开路电压，获得当前开路电压差。

在一种可选的实施例中，所述检测装置，还包括：

第二获得模块，用于根据所述目标检测对象在所述第一工况和所述第二工况的理论开路电压的差值，获得所述目标检测对象的理论开路电压偏差；

第三获得模块，用于根据所述目标检测对象在所述第二工况中氢气渗透作用下产生的理论电压，获得所述目标检测对象的阴极电压偏差；

第四获得模块，用于根据所述理论开路电压偏差和所述阴极电压偏差的差值，获得所述开路电压偏差限值。

在一种可选的实施例中，所述第二获得模块，包括：

第一获取子模块，用于获取所述第一工况的第一阳极侧气压和第一阴极侧气压；

第二获取子模块，用于获取所述第二工况的第二阳极侧气压和第二阴极侧气压；

第一获得子模块，用于根据所述第一阳极侧气压、所述第一阴极侧气压、所述第二阳极侧气压、所述第二阴极侧气压和预设的开路电压方程，获得理论开路电压偏差。

在一种可选的实施例中，所述第三获得模块，包括：

第二获得子模块，用于根据公式

获得所述阴极电压偏差

其中，R为理想气体常数，α为电荷传递系数，T为所述目标检测对象的进气温度，F为法拉第常数，i为所述目标检测对象的最大渗氢电流密度，i₀为所述目标检测对象的交换电流密度。

在一种可选的实施例中，所述目标检测对象为多片所述燃料电池时，所述检测装置，还包括：

第三获取模块，用于获取多片所述燃料电池的所述当前开路电压差；

第五获得模块，用于根据多个所述当前开路电压差的标准差，获得当前标准差；

第二判断模块，用于判断所述当前标准差是否大于预设的标准差阈值；

第二执行模块，用于在当前标准差大于预设的标准差阈值时，则执行所述在所述当前开路电压差小于开路电压偏差限值时，确定所述质子交换膜存在针孔缺陷。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器耦接到所述处理器，所述存储器存储指令，当所述指令由所述处理器执行时使所述电子设备执行第一方面中任一项所述方法的步骤。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面中任一项所述方法的步骤。

本发明提供的一种燃料电池的缺陷检测方法和装置与现有技术相比，具有以下优点：

本发明通过获取一片或多片燃料电池的质子交换膜的第一开路电压，其它操作条件不变，再获取质子交换膜的阳极侧气压大于阴极侧气压工况的第二开路电压，通过第一开路电压和第二开路电压获得当前开路电压差，在当前开路电压差小于开路电压偏差限值时，说明在阳极侧气压的升高的情况下，质子交换膜的针孔缺陷使气体的渗透量明显增加，对燃料电池的开路电压产生了较大影响，导致燃料电池开路电压的降低已低于开路电压偏差限值，则确定质子交换膜存在针孔缺陷。单片电池组装后或多片单电池组装成电堆后难以检测，需要拆分，质子交换膜在生产检测后，后续燃料电池安装使用后，老化出现针孔就难以检测，该缺陷检测方法能够运用在已经搭车的燃料电池上，在不拆分燃料电池的条件下进行缺陷的在线检测，可以判断汽车上的燃料电池在长期使用后老化而形成的针孔缺陷，十分钟即可完成检测，检测方法便捷省时。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种燃料电池的缺陷检测方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的燃料电池的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的质子交换膜的针孔缺陷；

图4为本发明实施例提供的一种燃料电池的缺陷检测装置的结构示意图；

附图标记说明：1-质子交换膜、2-阴极气体扩散层、3-阳极气体扩散层、4-催化层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种燃料电池的缺陷检测方法的流程图，所述方法包括：

S11、获取在第一工况下，目标检测对象的第一开路电压，其中，所述目标检测对象为一片或多片燃料电池，所述第一工况为所述燃料电池处于开路的工况。

具体的，在燃料电池中，其核心部件之一的质子交换膜是电解质，它易于传导质子，同时又电子绝缘以使电子流经外电路形成电流。请参阅图2，以氢燃料电池为例，质子交换膜1的两侧均具有气体扩散层，其中一侧为阴极气体扩散层2，阴极气体扩散层2形成的阴极流道用于供应氧气，当然也可以供应空气；另一侧形成阳极气体扩散层3，阳极气体扩散层3形成的阴极流道用于供应氢气。质子交换膜1与阴极气体扩散层2和阳极气体扩散层3之间还具有催化层4，质子交换膜具有极低的反应气体渗透率，以分隔氢气和氧气。

在第一工况下，通入质子交换膜两侧空气和氢气的气压可以相同，也可以不同，在燃料电池处于开路时，可以通过电压巡检(CVM，cell voltage monitor)获取第一开路电压，当然也可以通过电压仪表进行直接测量获取。本领域技术人员可以理解，质子交换膜两侧相同的具体气压值可以为100KPa，进气温度为80℃，空气、氢气相对湿度为100％，保持燃料电池在第一工况下持续一预设时间，对应获取的第一开路电压为0.95-1.05V，其中，预设时间可以为5min。需要说明的是，具体气压值、进气温度、氢气和空气相对湿度也可以设定为其它定值，例如进气温度为60-85℃之间的任意值，空气相对湿度为0-100％之间的任意值。

S12、获取在第二工况下，所述目标检测对象的第二开路电压，其中，所述第二工况为阳极侧气压大于所述第一工况的阳极侧气压，且所述燃料电池处于开路的工况。

具体的，在第二工况下，燃料电池的其他加载条件与第一工况相同，区别仅在于阳极侧气压增大，即通入的氢气压力增大，气压增大的具体值可以预先设定，例如提高至200KPa，加载燃料电池在第二工况下运行预设时间，以获取第二开路电压，其中，该预设时间与第一工况的相同。

需要进一步说明的是，目标检测对象为一片燃料电池时，第一开路电压和第二开路电压为该片燃料电池在不同工况的开路电压；目标检测对象为多片燃料电池时，第一开路电压和第二开路电压为多片燃料电池在不同工况的开路电压和值，电压巡检须实现单片采集。可以理解，步骤S11和S12可以同时执行，也可以先执行其中一个步骤，获取第二开路电压后进入步骤S13。

S13、根据所述第一开路电压和所述第二开路电压，获得当前开路电压差。

具体的，当前开路电压差为第一开路电压和第二开路电压的差值。

在燃料电池中由于结构复杂，其缺陷为多样性的，例如因密封问题导致的密封缺陷，各种缺陷的表现形式不一，其中，针孔缺陷最为隐蔽，检测的难度相对最大，若存在其他严重缺陷，该燃料电池同样存在安全隐患。

在一种具体的实施方式中，根据第一开路电压和第二开路电压，获得当前开路电压差之前，还包括：

判断第一开路电压是否小于预设的开路电压阈值；若是，则确定燃料电池存在质量缺陷；若否，则执行根据第一开路电压和第二开路电压，获得当前开路电压差。

具体的，开路电压阈值可以根据实际情况设定，例如在第一工况为100KPa，进气温度为80℃，空气相对湿度为100％的条件下，第一开路电压通常为0.95-1.05V，可以设定开路电压阈值为0.8V，若第一开路电压小于0.8V，则说明燃料电池可能存在双极板裂纹、碳纸破裂、密封缺陷、质子交换膜严重破裂等严重缺陷，导致燃料电池开路电压显著降低，该种情况下确定燃料电池存在质量缺陷，不再进行后续的缺陷检测；若没有出现质量缺陷，则继续通过计算获得当前开路电压差。获得当前开路电压差后进入步骤S14。

S14、在所述当前开路电压差小于开路电压偏差限值时，确定所述质子交换膜存在针孔缺陷。

具体的，针孔缺陷属于质子交换膜的轻微损伤，如图3所示。质子交换膜的老化腐蚀和损伤往往是先形成针孔缺陷，然后愈演愈烈再出现如变薄、破裂等更严重的缺陷。导致质子交换膜出现针孔缺陷的原因主要有：

1、膜电极生产制造和电池堆组装过程中质子交换膜被颗粒、碳纤维或双极板边缘刺伤。

2、燃料电池各工况运行时阴极侧和阳极侧的湿度不断变化，干湿循环导致质子交换膜内水含量不断变化，质子交换膜的水干和湿润分别会导致收缩和溶胀，收缩过程中使质子交换膜承受拉应力，而溶胀过程中使质子交换膜承受压应力，往复循环产生机械疲劳使质子交换膜先出现针孔缺陷，逐步加重后会产生其它缺陷。

3、燃料电池长期运行后，质子交换膜材料结构被氢氧自由基攻击而老化形成针孔。

如果质子交换膜出现针孔、变薄、破裂等缺陷，质子交换膜的氢气和氧气渗透量会相应的增大。氢气与氧气在催化层内混合后在催化剂作用下氢氧直接发生反应而非电化学反应，导致局部热点，同时还会产生双氧水，双氧水的氢氧自由基会进一步腐蚀质子交换膜，又促进了质子交换膜材料结构降解而扩大针孔，变薄，破裂等缺陷。当质子交换膜出现破裂等严重问题时，电池运行时性能也会明显下降。极端情况下，氢氧直接混合反应会产生爆炸。

仍然以第一工况气压为100KPa，第二工况阳极侧气压为200KPa为例，若质子交换膜存在针孔缺陷，可能使燃料电池的开路电压略低于0.95V，也可能位于0.95V至1.05V之间，此时难以判断开路电压略偏低是由于质子交换膜的针孔缺陷导致的，也有可能是电池活化不足、催化剂性能下降、操作条件不当等原因导致的。但是，第二工况下阳极侧气压提高至200KPa，质子交换膜的氢气渗透量提高会降低电池开路电压，反应气分压增大则会提高电池的开路电压。当提高阳极侧氢气进气压力，其它操作条件不变，良好的质子交换膜的氢气渗透率，随燃料电池阴阳极两侧氢气压差的增大而不会明显增大，氢气分压增大的影响一般大于氢气渗透略微提升的影响。所以，正常的质子交换膜在阳极侧压力由100kPa提升至200kPa后，电池的开路电压会提高或略微降低。而有针孔缺陷的质子交换膜，当阳极侧氢气进气压力由100kPa提升至200kPa后，其它操作条件不变，氢气渗透量会明显增加，降低电池的开路电压的影响较大，尽管氢气分压增加利于提高开路电压，但总体影响是电池开路电压降低，升压后变化值会低于正常电池的变化值。因此，在当前开路电压差小于开路电压偏差限值时，可以确定质子交换膜存在针孔缺陷，其中，开路电压偏差限值可以通过技术人员根据经验和具体的燃料电池型号设定；当然，也可以通过标定试验确定。

为进一步提高开路电压偏差限值的准确性，在一种具体的实施方式中，在当前开路电压差小于开路电压偏差限值时，确定质子交换膜存在针孔缺陷之前，还包括：

根据目标检测对象在第一工况和第二工况的理论电压差值，获得目标检测对象的理论开路电压偏差；根据目标检测对象在第二工况中氢气渗透作用下产生的理论电压，获得目标检测对象的阴极电压偏差；根据理论开路电压偏差和阴极电压偏差的差值，获得开路电压偏差限值。

具体的，燃料电池的开路电压是由通入气体的温度、气压和湿度等多种参数决定的，理想工况下，可以通过开路电压方程结合气体的相关参数计算出各工况下的理论电压，理论电压表征的是燃料电池不存在质量缺陷的开路电压，理论开路电压偏差即为仅改变通入阳极侧气压所引起的理论开路电压变化。在氢燃料电池的阳极侧加压后，阳极侧的氢气在进气压力增大的情况下，将提高氢气的渗透量，导致降低燃料电池的开路电压，阴极电压偏差表征的是改变阳极侧气压后，氢气渗透量增加部分降低的开路电压，可以通过质子交换膜的氢气渗透计算得出。开路电压偏差限值表征的是燃料电池因质子交换膜针孔缺陷产生开路电压变化的极值，计算出理论电压差值和阴极电压偏差后，通过理论开路电压偏差和阴极电压偏差的差值即可精准获得开路电压偏差限值。

在一种具体的实施方式中，根据目标检测对象在第一工况和第二工况的理论电压差值，获得目标检测对象的理论开路电压偏差，包括：

获取第一工况的第一阳极侧气压和第一阴极侧气压；获取第二工况的第二阳极侧气压和第二阴极侧气压；根据第一阳极侧气压、第一阴极侧气压、第二阳极侧气压、第二阴极侧气压和预设的开路电压方程，获得理论开路电压偏差。

具体的，第一阳极侧气压、第一阴极侧气压、第二阴极侧气压和第二阳极侧气压可以通过燃料电池上的传感器采集获得；当然，也可以获取燃料电池的供给流量，通过流量和气压的拟合关系计算出第一阳极侧气压、第一阴极侧气压、第二阴极侧气压和第二阳极侧气压。开路电压方程

如下：

其中，R为理想气体常数，T为进气温度，F为法拉第常数，Po₂为阴极侧气压，P_H2为阳极侧气压，可以通过第一阳极侧气压获取式1，通过第二阳极侧气压获取式2，在第一工况和第二工况中仅阳极侧气压出现的变化(由100KPa表压至200KPa表压)，其它条件未变(温度、湿度前后保持不变)，式2与式1求差即可获得理论开路电压偏差。可以理解，由于在第一工况和第二工况中，温度和湿度均未发生变化，因此，可以直接计算出理论开路电压偏差。

在一种具体的实施方式中，根据目标检测对象在第二工况中氢气渗透作用下产生的理论电压，获得目标检测对象的阴极电压偏差，包括：

根据公式

获得阴极电压偏差

其中，R为理想气体常数，α为电荷传递系数，T为目标检测对象的进气温度，F为法拉第常数，i为目标检测对象的最大渗氢电流密度，i₀为目标检测对象的交换电流密度。

具体的，假定渗透的氢气全部与空气发生电化学反应，则渗氢电流密度i与阴极电压偏差

满足塔菲尔(tafel)公式

i即为合格燃料电池产品允许的最大渗氢电流密度，i₀为目标检测对象的交换电流密度，即可算出合格燃料电池允许的氢气渗透导致开路电压的最大降低值，即阴极电压偏差。

通过以上方案可知，开路电压偏差限值U₀可以通过如下公式计算：

其中，R为理想气体常数，为8.314J/(mol·K)；T为温度，单位K；F为法拉第常数，为96485C/mol；

为第二工况下阴极侧的氧气分压，单位Pa，为绝对压力(下同)；

为第二工况下阳极侧的氢气分压；

为第一工况下阴极侧的氧气分压；

为第一工况下阳极侧的氢气分压。α为电荷传递系数，取0.5；

(或i)为膜电极的渗氢电流密度，单位为A/cm^²，膜电极产品检验合格时均有渗氢电流密度低于阈值的指标，如低于0.004A/cm^2，则计算时取

i₀为交换电流密度，单位为A/cm^₂，根据膜电极产品的厂商数据取值或者取经验值4.6×10^-4A/cm^₂。使用上述取值，通过计算可得本例中U₀＝-0.1254V。当前开路电压差低于-0.1254V时，则表明氢气渗透指标已超过合格标准，质子交换膜存在针孔缺陷。

在对已搭车或封装的电堆进行缺陷检测时，由于其内部具有多个燃料电池逐个检测需要耗费较多的时长，造成检测效率滞后。

为解决上述问题，在一种具体的实施方式中，目标检测对象为多片燃料电池时，在当前开路电压差小于开路电压偏差限值时，确定质子交换膜存在针孔缺陷之前，还包括：

获取多片燃料电池的当前开路电压差；根据多个当前开路电压差的标准差，获得当前标准差；判断当前标准差是否大于预设的标准差阈值；若是，则执行在当前开路电压差小于开路电压偏差限值时，确定质子交换膜存在针孔缺陷。

具体的，当前标准差可以通过对应的公式直接计算获得，当前标准差能够反映多个当前开路电压差数据集的离散程度。当前标准差较标准差阈值大，说明部分当前开路电压差和其平均值之间的差异较大，对应的多个燃料电池中存在针孔缺陷，需要进一步判断针孔缺陷存在的具体燃料电池，执行各燃料电池的当前开路电压差与开路电压偏差限值的比较；当前标准差较标准差阈值小，说明部分当前开路电压差和其平均值之间的差异较小，可能目标检测对象中不存在针孔缺陷，可以直接进行下一目标检测对象的检测。通过当前标准差的判断能够有效地减少电堆检测过程中的计算冗余，提高检测效率。

需要说明的是，标准差阈值可以根据技术人员的检测经验确定；也可以通过标定实验确定。标准差阈值可以设定为0.5-1mV，优选1mV。

基于与检测方法同样的发明构思，本发明实施例提供还了一种燃料电池的缺陷检测装置，请参阅图4，所述装置包括：

第一获取模块401，用于获取在第一工况下，目标检测对象的第一开路电压，其中，所述目标检测对象为一片或多片燃料电池，所述第一工况为所述燃料电池处于开路的工况；

第二获取模块402，用于获取在第二工况下，所述目标检测对象的第二开路电压，其中，所述第二工况为阳极侧气压大于所述第一工况的阳极侧气压，且所述燃料电池处于开路的工况；

第一获得模块403，用于根据所述第一开路电压和所述第二开路电压，获得当前开路电压差；

第一确定模块404，用于在所述当前开路电压差小于开路电压偏差限值时，确定所述质子交换膜存在针孔缺陷。

在一种可选的实施例中，所述检测装置，还包括：

第一判断模块，用于判断所述第一开路电压是否小于预设的开路电压阈值；

第二确定模块，用于在第一开路电压小于预设的开路电压阈值时，则确定所述燃料电池存在质量缺陷；

第一执行模块，用于在第一开路电压不小于预设的开路电压阈值时，则执行所述根据所述第一开路电压和所述第二开路电压，获得当前开路电压差。

在一种可选的实施例中，所述检测装置，还包括：

第二获得模块，用于根据所述目标检测对象在所述第一工况和所述第二工况的理论开路电压的差值，获得所述目标检测对象的理论开路电压偏差；

第三获得模块，用于根据所述目标检测对象在所述第二工况中氢气渗透作用下产生的理论电压，获得所述目标检测对象的阴极电压偏差；

第四获得模块，用于根据所述理论开路电压偏差和所述阴极电压偏差的差值，获得所述开路电压偏差限值。

在一种可选的实施例中，所述第二获得模块，包括：

第一获取子模块，用于获取所述第一工况的第一阳极侧气压和第一阴极侧气压；

第二获取子模块，用于获取所述第二工况的第二阳极侧气压和第二阴极侧气压；

第一获得子模块，用于根据所述第一阳极侧气压、所述第一阴极侧气压、所述第二阳极侧气压、所述第二阴极侧气压和预设的开路电压方程，获得理论开路电压偏差。

在一种可选的实施例中，所述第三获得模块，包括：

第二获得子模块，用于根据公式

获得所述阴极电压偏差

其中，R为理想气体常数，α为电荷传递系数，T为所述目标检测对象的进气温度，F为法拉第常数，i为所述目标检测对象的最大渗氢电流密度，i₀为所述目标检测对象的交换电流密度。

在一种可选的实施例中，所述目标检测对象为多片所述燃料电池时，所述检测装置，还包括：

第三获取模块，用于获取多片所述燃料电池的所述当前开路电压差；

第五获得模块，用于根据多个所述当前开路电压差的标准差，获得当前标准差；

第二判断模块，用于判断所述当前标准差是否大于预设的标准差阈值；

第二执行模块，用于在当前标准差大于预设的标准差阈值时，则执行所述在所述当前开路电压差小于开路电压偏差限值时，确定所述质子交换膜存在针孔缺陷。

基于与检测方法同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器耦接到所述处理器，所述存储器存储指令，当所述指令由所述处理器执行时使所述电子设备执行检测方法中任一项所述方法的步骤。

基于与检测方法同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现检测方法中任一项所述方法的步骤。

本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1.通过获取一片或多片燃料电池的质子交换膜的第一开路电压，其它操作条件不变，再获取质子交换膜的阳极侧气压大于阴极侧气压工况的第二开路电压，通过第一开路电压和第二开路电压获得当前开路电压差，在当前开路电压差小于开路电压偏差限值时，说明在阳极侧气压的升高的情况下，质子交换膜的针孔缺陷使气体的渗透量明显增加，对燃料电池的开路电压产生了较大影响，导致燃料电池开路电压的降低已低于开路电压偏差限值，则确定质子交换膜存在针孔缺陷。单片电池组装后或多片单电池组装成电堆后难以检测，需要拆分，质子交换膜在生产检测后，后续燃料电池安装使用后，老化出现针孔就难以检测，该缺陷检测方法能够运用在已经搭车的燃料电池上，在不拆分燃料电池的条件下进行缺陷的在线检测，可以判断汽车上的燃料电池在长期使用后老化而形成的针孔缺陷，十分钟即可完成检测，检测方法便捷省时。

2.相对于现有的检测方法，本发明实施例的检测方法无需借助复杂的光学类仪器；且通过第一工况和第二工况的阳极侧气压变化，准确计算出了开路电压偏差限值，使燃料电池的针孔缺陷检测更精准。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(模块、系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种燃料电池的缺陷检测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取在第一工况下，目标检测对象的第一开路电压，其中，所述目标检测对象为一片或多片燃料电池，所述第一工况为所述燃料电池处于开路的工况；

获取在第二工况下，所述目标检测对象的第二开路电压，其中，所述第二工况为阳极侧气压大于所述第一工况的阳极侧气压，且所述燃料电池处于开路的工况；

根据所述第一开路电压和所述第二开路电压，获得当前开路电压差；

在所述当前开路电压差小于开路电压偏差限值时，确定所述质子交换膜存在针孔缺陷。

2.根据权利要求1所述的燃料电池的缺陷检测方法，其特征在于，所述根据所述第一开路电压和所述第二开路电压，获得当前开路电压差之前，还包括：

判断所述第一开路电压是否小于预设的开路电压阈值；

若是，则确定所述燃料电池存在质量缺陷；

若否，则执行所述根据所述第一开路电压和所述第二开路电压，获得当前开路电压差。

3.根据权利要求1所述的燃料电池的缺陷检测方法，其特征在于，所述在所述当前开路电压差小于开路电压偏差限值时，确定所述质子交换膜存在针孔缺陷之前，还包括：

根据所述目标检测对象在所述第一工况和所述第二工况的理论开路电压的差值，获得所述目标检测对象的理论开路电压偏差；

根据所述目标检测对象在所述第二工况中氢气渗透作用下产生的理论电压，获得所述目标检测对象的阴极电压偏差；

根据所述理论开路电压偏差和所述阴极电压偏差的差值，获得所述开路电压偏差限值。

4.根据权利要求3所述的燃料电池的缺陷检测方法，其特征在于，所述根据所述目标检测对象在所述第一工况和所述第二工况的理论开路电压的差值，获得所述目标检测对象的理论开路电压偏差，包括：

获取所述第一工况的第一阳极侧气压和第一阴极侧气压；

获取所述第二工况的第二阳极侧气压和第二阴极侧气压；

根据所述第一阳极侧气压、所述第一阴极侧气压、所述第二阳极侧气压、所述第二阴极侧气压和预设的开路电压方程，获得理论开路电压偏差。

5.根据权利要求3所述的燃料电池的缺陷检测方法，其特征在于，所述根据所述目标检测对象在所述第二工况中氢气渗透作用下产生的理论电压，获得所述目标检测对象的阴极电压偏差，包括：

根据公式

获得所述阴极电压偏差

其中，R为理想气体常数，α为电荷传递系数，T为所述目标检测对象的进气温度，F为法拉第常数，i为所述目标检测对象的最大渗氢电流密度，i₀为所述目标检测对象的交换电流密度。

6.根据权利要求1所述的燃料电池的缺陷检测方法，其特征在于，所述目标检测对象为多片所述燃料电池时，所述在所述当前开路电压差小于开路电压偏差限值时，确定所述质子交换膜存在针孔缺陷之前，还包括：

获取多片所述燃料电池的所述当前开路电压差；

根据多个所述当前开路电压差的标准差，获得当前标准差；

判断所述当前标准差是否大于预设的标准差阈值；

若是，则执行所述在所述当前开路电压差小于开路电压偏差限值时，确定所述质子交换膜存在针孔缺陷。

7.根据权利要求6所述的燃料电池的缺陷检测方法，其特征在于，所述标准差阈值为1mV。

8.一种燃料电池的缺陷检测装置，其特征在于，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取在第一工况下，目标检测对象的第一开路电压，其中，所述目标检测对象为一片或多片燃料电池，所述第一工况为所述燃料电池处于开路的工况；

第二获取模块，用于获取在第二工况下，所述目标检测对象的第二开路电压，其中，所述第二工况为阳极侧气压大于所述第一工况的阳极侧气压，且所述燃料电池处于开路的工况；

第一获得模块，用于根据所述第一开路电压和所述第二开路电压，获得当前开路电压差；

第一确定模块，用于在所述当前开路电压差小于开路电压偏差限值时，确定所述质子交换膜存在针孔缺陷。

9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器耦接到所述处理器，所述存储器存储指令，当所述指令由所述处理器执行时使所述电子设备执行权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。

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